Единое окно доступа к образовательным ресурсам

Взрыв

Голосов: 0

Рассмотрены основы физики взрыва. Обсуждены конкретные виды взрывов, сопровождающие их явления, а также применения взрыва.

Приведенный ниже текст получен путем автоматического извлечения из оригинального PDF-документа и предназначен для предварительного просмотра.
Изображения (картинки, формулы, графики) отсутствуют.
                                                                   ФИЗИКА

                                                                ВЗРЫВ

                                                              А. П. ЕРШОВ
                                                 Новосибирский государственный университет



                                                                            Взрыв – это быстрое выделение энергии. При не-
                                                                        которой нечеткости такое определение достаточно на-
                     THE EXPLOSION                                      глядно. Вначале кратко рассмотрим наиболее харак-
                     A. P. ERSHOV                                       терные примеры взрывов.
                                                                            Химические взрывы. Изобретенный в древнем Ки-
                     The fundamentals of the explosion physics are      тае (и вновь открытый в средневековой Европе) порох
                                                                        был первым компактным и мощным источником энер-
                     considered. The most interesting kinds of          гии. Позднее появились взрывчатые вещества (ВВ), та-
                     explosions and the accompanying phenomena          кие, как тротил, несравненно более разрушительные.
                     are discussed, as well as explosion applica-       Кроме военных нужд ВВ применяются в промышлен-
                     tions.                                             ности и горном деле. Сейчас они производятся сотня-
                                                                        ми тысяч тонн в год. В последнее время все чаще хими-
                                                                        ческие взрывы ассоциируются в массовом сознании с
                     Рассмотрены основы физики взрыва. Об-
                                                                        террористическими актами и авариями при перевозке
                     суждены конкретные виды взрывов, сопро-            и хранении ВВ.
                     вождающие их явления, а также примене-                 Электромагнитный взрыв. Конденсатор емкостью
                     ния взрыва.                                        100 мкФ, заряженный до напряжения 300 В, эффектно
                                                                        пережигает медную проволочку диаметром 150 мкм (из
                                                                        таких проволочек состоит обыкновенный монтажный
                                                                        провод). Более мощные взрывы возможны при корот-
                                                                        ком замыкании электрических сетей, а также при фо-
                                                                        кусировке мощного импульса света лазера.
                                                                            Кинетические взрывы. Падение кометы Шумейке-
                                                                        ров–Леви на Юпитер в 1994 году было одной из са-
                                                                        мых грандиозных катастроф в Солнечной системе на
                                                                        памяти человечества. Считается, что падение на Землю
                                                                        70 млн лет назад астероида размером около 10 км при-
                                                                        вело к вымиранию динозавров, освободив жизненное
                                                                        пространство для наших предков – млекопитающих.
                                                                            Ядерные взрывы. Атомные и термоядерные бомбы
                                                                        несомненно относятся к важнейшим символам нашего
                                                                        века. Человек, освоив ядерную энергию, достиг техно-
                                                                        логического могущества, сравнимого по мощности с
                                                                        природными факторами.
                                                                            Важнейший процесс во Вселенной – взрывы сверх-
© Ершов А.П., 2000




                                                                        новых звезд. Звезды второго поколения, в том числе
                                                                        Солнце, содержат выбросы ранних сверхновых. Поэто-
                                                                        му в Солнечной системе и на Земле много сравнительно
                                                                        тяжелых элементов, без которых невозможна жизнь.
                                                                            Наконец, и сама Вселенная возникла в результате
                                                                        Большого взрыва (Big Bang) около 15 млрд лет назад.



                                                               ЕРШОВ А.П. ВЗРЫВ                                                 85


                                                              ФИЗИКА
        ЭНЕРГИЯ ВЗРЫВА                                                             ГОРЕНИЕ И ДЕТОНАЦИЯ

     Взрывчатые материалы удобно сравнивать по удельной                       Первый дошедший до нас рецепт черного, или дым-
     энергии Q, рассчитанной на единицу массы. Зная мас-                      ного, пороха (1250 год) гласил: “Возьми 1 фунт живой
     су и скорость пули, а также размеры патрона, легко по-                   серы, 2 фунта липового или ивового угля, 6 фунтов се-
     лучить, что 1 г пороха выделяет несколько килоджо-                       литры. Очень мелко разотри эти три вещества на мра-
     улей. При взрыве ВВ выделяется примерно такая же                         морной доске и смешай”. Как видно, черный порох –
     энергия. Характерная величина 1 ккал/г, или 4,2 кДж/г,                   смесь горючего и окислителя. Поэтому состав работает
     соответствует удельной энергии тротила.                                  в замкнутом пространстве (гильза, канал ствола), без
                                                                              кислорода воздуха. Из-за малой плотности воздух и не
         Энергия кинетического взрыва при скорости удара                      мог бы поддерживать столь интенсивное горение. Эф-
     V равна mV 2 /2, а на единицу массы приходится V 2 /2.                   фект взрыва пороха обеспечивают высокая концентра-
     Тротиловый эквивалент 4,2 МДж/кг соответствует ско-                      ция окислителя и малый размер частиц. Бездымный
                                                                              баллиститный порох (получен А. Нобелем в 1888 году)
     рости 2 ⋅ 4 ,2 ⋅ 10 ≈ 3000 м/с. Входя в атмосферу Зем-
                      6
                                                                              представляет собой смесь нитратов целлюлозы с нитро-
     ли, объекты внеземного происхождения имеют скорость                      глицерином. Эти вещества, как и большинство других
     больше второй космической. При 12 км/с килограмм                         ВВ, содержат и горючее и окислитель в каждой молеку-
     массы эквивалентен 16 кг тротила, а при 60 км/с “кос-                    ле. Атомы углерода и водорода окисляются кислоро-
     мическая взрывчатка” в 400 раз калорийнее тротила.                       дом, чаще всего входящим в группы NO2 .
         Энергия ядерных взрывов – от килотонн до десят-                          Пороховой заряд ружья или орудия горит. Горение
     ков мегатонн тротилового эквивалента. Для атомного                       это весьма быстрое. Время выстрела порядка отноше-
     взрыва требуется в начальной стадии химический                           ния длины ствола к скорости пули или снаряда, что со-
     взрыв, образующий критическую массу (например,                           ставляет около 1 мс (миллисекунда) для стрелкового
     выстрел одной частью уранового заряда в другую). Тер-                    оружия и нескольких миллисекунд для артиллерии.
     моядерный заряд включается предварительным атом-                         Нетрудно показать, что при выстреле из пушки давле-
     ным взрывом, излучение которого сжимает термоядер-                       ние в стволе порядка 500 МПа, или 5000 атм. Скорость
     ное горючее. Как видно, мощные взрывы запускаются                        горения пороха растет с давлением, что резко усилива-
     от более слабых источников.                                              ет метательное действие. На открытом воздухе порох
                                                                              горит хотя и эффектно, но гораздо медленнее, без осо-
        МАСШТАБ ХИМИЧЕСКОГО                                                   бых механических проявлений. Пороховые артилле-
                                                                              рийские бомбы и мины, применявшиеся при осаде
        ЭНЕРГОВЫДЕЛЕНИЯ
                                                                              крепостей, работали именно за счет ускорения горения
     При взрыве и горении из сложных веществ образуют-                        пороха в замкнутом объеме.
     ся довольно простые, такие, как CO2 , CO, N2 , H2O. На                       Ясно, что взрыв начинки современного снаряда
     одну молекулу продуктов реакции при Q = 1 ккал/г                         еще гораздо мощнее взрыва пороха. Большая мощ-
     и среднем молекулярном весе 30 г/моль приходится                         ность означает малое время реакции. Такое быстрое
     ∼ 2 ⋅ 10−19 Дж, или около 1 эВ.                                          взрывное превращение называют детонацией. Разница
                                                                              между горением и детонацией – в способе распростра-
         Приведем простую, школьную оценку этой величи-                       нения процесса. Горение распространяется за счет дви-
     ны. Энергия электрона в атоме размера a ≈ 10−10 м по-                    жения тепловой волны, переноса тепла от горячих про-
     рядка E = e 2 /(4πε0a) ≈ 14 эВ. При химических реакциях                  дуктов реакции к непрореагировавшему заряду. Именно
     происходит обмен электронами, переход их на другие                       поэтому на скорость горения влияют внешние условия.
     уровни. Значит, эффект составит некоторую долю E, а                      Например, рост давления усиливает теплообмен и ус-
     именно порядка электронвольта на молекулу. Из этой                       коряет горение.
     оценки следует, что предел энергии взрыва практически
     уже достигнут (тем более что далеко не каждое взрывча-                       Детонацию же распространяет ударная волна –
     тое соединение может применяться: ВВ должны удов-                        весьма сильное и резкое сжатие вещества. Рост давле-
     летворять очень жестким критериям устойчивости).                         ния, плотности и температуры за фронтом волны запу-
                                                                              скает быструю реакцию. Образуется устойчивый ком-
         При нормальной температуре 300 К на поступа-                         плекс – детонационная волна, состоящая из ударной
     тельное движение двухатомной молекулы приходится                         волны и следующей за ней зоны химической реакции
     энергия 3kT /2 ≈ 0,04 эВ, а при учете вращения – около                   (модель ЗНД, по именам Я.Б. Зельдовича, Дж. фон
     0,07 эВ. Энергии 1 эВ на молекулу соответствует темпе-                   Неймана и Э. Деринга). Выделение энергии в зоне ре-
     ратура порядка 4000 К.                                                   акции поддерживает ударную волну, так что процесс



86                              С О Р О С О В С К И Й О Б РА З О В АТ Е Л Ь Н Ы Й Ж У Р Н А Л , ТО М 6 , № 1 , 2 0 0 0


                                                      ФИЗИКА
распространяется с постоянной скоростью, зависящей             нии пулей. Чтобы запустить ТНТ, нужен инициатор –
только от свойств ВВ.                                          взрыв более чувствительного ВВ.
    В табл. 1 для трех ВВ приведены суммарные форму-               Гексоген стал широко применяться в ходе второй
лы и основные детонационные параметры: удельная                мировой войны. Смесью тротила с гексогеном и сейчас
энергия взрыва Q, начальная плотность ρ, скорость де-          снаряжают боеприпасы. Такой состав в определенной
тонации D, давление P и температура T на момент за-            степени сочетает безопасность и стойкость тротила с
вершения реакции. Выделяемая энергия (и конечная               мощностью гексогена.
температура), как и следовало ожидать, примерно те
же, что и для пороха. Но скорость детонации весьма ве-            НОРМАЛЬНАЯ ДЕТОНАЦИЯ.
лика. Заряд длиной в 20 см полностью прореагирует за              КРИТИЧЕСКИЕ УСЛОВИЯ
20–30 мкс. Это на два порядка быстрее, чем сгорает по-         Попытаемся оценить давление детонации по школьной
рох при выстреле. Поскольку достигаются громадные              формуле: P = ρRT / ё. При плотности в детонационной
давления в 20–30 ГПа, то есть 200–300 тыс. атм, влиять         волне около 2 г/см3 получаем 2 ГПа, или 20 тыс. атм.
на детонацию извне очень трудно. Этим и объясняется            Это много по бытовым меркам, но на порядок меньше,
стабильность детонационной волны.                              чем реальные данные в табл. 1. Продукты взрыва не
    Между бризантными ВВ (то есть способными дро-              идеальный газ! Когда плотность вдвое превышает
бить при взрыве) и порохами нет принципиальной раз-            плотность воды, существенно отталкивание молекул,
ницы. Тротиловые шашки обычно спокойно горят в                 что и объясняет величину давления.
костре без взрыва. Но в замкнутом объеме, при измель-               В условиях взрыва характерная скорость молекулы
чении вещества горение ВВ легко переходит в детона-            продуктов должна быть порядка 2 км/с. Для идеально-
цию. Горение пороха гораздо устойчивее, чем горение            го газа примерно такой же была бы скорость звука. И
ВВ, так что детонации при штатных условиях исполь-             здесь проявляется эффект плотности: реальная ско-
зования не возникает. Это обеспечивается физически-            рость звука в 2–3 раза больше. Повышенная упругость
ми свойствами пороха, в частности устойчивостью к              (жесткость) плотного вещества ускоряет передачу ин-
дроблению. Однако при воздействии очень сильной                формации. Вспомним, что скорость звука в воде при
ударной волны некоторые виды пороха детонируют.                нормальных условиях 1,5 км/с, а в металлах 5–7 км/с –
    Эра черного пороха продолжалась шесть веков.               заметно быстрее движения атомов и молекул в этих те-
Последний крупный конфликт с преобладанием этого               лах.
состава – франко-прусская война 1870–1871 годов. Пе-                Детонация распространяется устойчиво и стацио-
реход артиллерии на бездымный порох требовал модер-            нарно. Это возможно, только если разрежение, неиз-
низации и взрывчатых веществ. Хотя динамит Нобеля              бежно возникающее позади волны из-за разлета про-
применялся в гражданских областях с 1867 года, для             дуктов взрыва, не может повлиять на зону реакции.
снарядов он был недостаточно безопасен. В 1873 году            Волны разрежения движутся относительно вещества со
были обнаружены взрывчатые свойства пикриновой                 скоростью звука. Следовательно, зона реакции должна
кислоты (до того давно известной как желтый краси-             отделяться от последующего течения поверхностью, из
тель). Под названиями мелинит, шимоза она применя-             которой газ вытекает (в системе отсчета, связанной с
лась в англо-бурской и русско-японской войнах. Однако          фронтом волны) со скоростью звука. Это правило от-
кислота склонна образовывать в контакте с металлами            бора нормальной детонации – стационарного режима
чувствительные соли – пикраты.                                 – предложено Д. Чепменом (D.L. Chapman) и Э. Жуге
    Среди применяемых сейчас ВВ наиболее знаменит              (E. Jouguet). Скорость детонации должна несколько
тротил (тринитротолуол, ТНТ, тол). К первой мировой            превышать скорость звука за фронтом, что и наблюда-
войне ТНТ вытеснил пикриновую кислоту. Тротил от-              ется.
личается химической стойкостью, он исключительно                    При малых размерах заряда детонация затухает.
безопасен и нечасто взрывается даже при прострелива-           Критический диаметр для многих ВВ лежит в диапазоне
                                                               от миллиметров до сантиметров. Боковое расширение
Таблица 1
                                                               ослабляет зону реакции, когда время разлета становит-
                                                               ся порядка времени химической реакции (критерий
   ВВ       Формула Q, ккал/г ρ, г/см3 D, км/с P, ГПа Т, К     Ю.Б. Харитона). Из него следует, что любая горючая
ТНТ         C7H5N3O6    1,0      1,64    7,0     21     3600   смесь может детонировать, если заряд достаточно ве-
                                                               лик. Действительно, известны неожиданные взрывы
Гексоген C3H6N6O6       1,3      1,8     8,8     34     3900
                                                               материалов, считавшихся инертными. В 1921 году про-
БТФ         C6N6O6      1,4      1,9     8,5     33     5100   изошел сильнейший взрыв в Оппау (Германия) на заводе



                                                      ЕРШОВ А.П. ВЗРЫВ                                                 87


                                                             ФИЗИКА
     удобрений. Произведенная селитра при хранении сле-                                          а
                                                                                                      −
     живалась и затвердевала. Рыхление продукта произ-
                                                                                                             +
     водили взрывами небольших зарядов ВВ. За долгое
     время было сделано свыше 20 000 взрывов, однако по-
     следний из них вызвал детонацию всей кучи. Погибло
     около 500 человек и примерно 2000 были тяжело ранены.                                                   +
                                                                                                      −

        ПРИМЕНЕНИЯ ВВ
                                                                                                 б
     Не будем здесь касаться традиционных областей                                                                      −   +
     взрывного дела: разработки месторождений, добычи
                                                                                                                                −
     угля, строительства. В последние десятилетия стали
     развиваться более сложные технологии, например                                                                             −
     сварка и обработка материала взрывом. Такая сварка                                                                     +
                                                                                                                        −
     позволяет соединять материалы, которые не сварива-
     ются другими способами, например титан и сталь.
         Эффект взрывной обработки нередко бывает нео-                            Рис. 2. а – распространение детонации по заряду. В
     жиданным. На рис. 1 показан результат воздействия                            оболочке создается ударная волна, превращающа-
     цилиндрического заряда на толстую медную оболочку.                           яся при отражении от свободной поверхности в вол-
     Спереди отрывается довольно аккуратный конус. Схе-                           ну разрежения; б – детонация закончилась. Неза-
                                                                                  долго до отрыва навстречу движутся две волны раз-
     ма циркуляции волн в оболочке изображена на рис. 2.                          режения
     Видно, что “в углу” встречаются две волны разреже-
     ния, сложение которых и разрывает материал.
                                                                             мулятивных зарядов (В.А. Цукерман, 1943 год), при
         Парадоксально тушение пожаров взрывом. Пожар                        сжатии конуса вдоль его оси вырывалась высокоскоро-
     на нефтяной или газовой скважине очень трудно по-                       стная струя металла облицовки. Действие заряда объ-
     тушить традиционными способами. Оказывается, что                        яснил М.А. Лаврентьев. Давления, развиваемые при
     эффективен взрыв кольцевого заряда, охватывающего                       взрыве, во много раз превосходят прочность металлов
     скважину. Всплывающий вихрь (“гриб”) продуктов                          (около 2 тыс. атм для меди). Поэтому материал обли-
     взрыва отсекает огонь от топлива на время, достаточ-                    цовки ведет себя как жидкость – течет под нагрузкой.
     ное для охлаждения очага горения.                                       Формирование струи жидкости можно наблюдать в до-
         Кумулятивный эффект. Со времен войны все знают                      машних условиях. Соедините ладони ребрами под уг-
     слово “фаустпатрон” – весьма эффективное противо-                       лом около 90° и опустите примерно наполовину в воду.
     танковое средство. Заряд имел на переднем конце ко-                     Если развести ладони в стороны и затем быстро их
     ническую выемку с металлической облицовкой (рис. 3)                     сдвинуть, вверх вырвется плоская струя воды. Точно
     и пробивал броню, считавшуюся абсолютно надежной.                       так же металл облицовки, двигаясь к оси под действием
     Как показали рентгеновские снимки взрыва таких ку-                      взрыва, порождает тонкую кумулятивную струю со ско-
                                                                             ростью порядка 10 км/с. Такая струя буквально размы-
                                                                             вает броню: здесь также работает жидкостный подход.
                                                                                 Вообще кумуляцией называют концентрацию воз-
                                                                             действия, усиление его в нужном месте, направлении и
                                                                             пр. Пример кумуляции – сферическое сжатие (импло-
                                                                             зия) термоядерного заряда. Атомный плутониевый заряд
                                                                             также приводят в критическое состояние одновремен-
                                                                             ным взрывом окружающих его зарядов обычного ВВ.




        Рис. 1. Характерное разрушение металлической                                           BB         Облицовка                 Струя
        оболочки заряда. Направление детонации показано
        стрелкой. На заднем плане для сравнения помеще-
        на целая оболочка                                                                   Рис. 3. Схема кумулятивного заряда




88                             С О Р О С О В С К И Й О Б РА З О В АТ Е Л Ь Н Ы Й Ж У Р Н А Л , ТО М 6 , № 1 , 2 0 0 0


                                              ФИЗИКА
    Газовая кумуляция применяется для разгона час-           P, ГПа
тиц, имитирующих в лабораторных условиях метеори-
ты. Трубчатый заряд ВВ создает на оси скоростной по-
                                                             50
ток газа, который может разогнать металлический
шарик до ∼10 км/с, не повредив его. На ранней стадии
советской космической программы таким образом бы-                              A
ла оценена метеоритная опасность [1].                                                      ТГ
                                                             30
    Синтез алмаза. Алмаз как фазу высокой плотности                                                  БТФ
получают из графита под давлением. Статическое сжа-
тие применяется с 60-х годов. Поскольку взрыв – это
удобный и дешевый генератор высоких давлений, идея                                                      Ж
                                                             10
сжатия взрывом выглядела заманчивой давно. И дейст-                                         Г
вительно, графит в ударной волне переходил в алмаз,
но сохранить его долгое время не удавалось. Сильный           0       1000         3000          5000 T, K
нагрев на стадии сжатия при разгрузке приводил к гра-
фитизации. Поэтому мечта о большом взрыве в уголь-         Рис. 4. Фазовая диаграмма углерода. Г – область
ной шахте с образованием алмазов размером с чемодан        стабильности графита, А – алмаза, Ж – жидкой фазы
не сбылась.                                                углерода. Заштрихована область статического син-
                                                           теза. Точки – состояния в детонационной волне сме-
    Успешный промышленный синтез осуществлен в             си 50% ТНТ/50% гексогена (ТГ) и БТФ
американской фирме “Дюпон” (“Du Pont de Nem-
ours”). Графит разбавлялся порошком металла. Такая      атива работы принадлежит А.М. Ставеру, тогда сотруд-
смесь гораздо менее сжимаема, и при том же давлении     нику Института гидродинамики им. М.А. Лаврентьева
нагрев среды был меньше. Кроме того, металл отводил     (Новосибирск). Независимо детонационный синтез
тепло от частиц графита. Толстая металлическая труба    был обнаружен американскими и немецкими исследо-
набивалась смесью и обжималась взрывом нескольких       вателями [4]. Эксперименты показали, что до 10% мас-
тонн ВВ (естественно, в условиях полигона). Получа-     сы заряда может переходить в ультрадисперсный ал-
лись в основном микронные частицы.                      маз. Для очень тонкой обработки такие алмазы
    Другой способ разработан в Институте химической     годятся, а также они полезны как добавки к маслам,
физики РАН в Черноголовке. В смеси графита с взрыв-     резко уменьшающие трение и износ поверхностей.
чатым веществом давление детонации воздействовало       Смесь тротила и гексогена оказалась удобным сырьем.
на углерод непосредственно. Небольшой заряд взры-       Каждый взрыв снаряда производит вполне заметное
вался в замкнутом объеме.                               количество алмаза. Предлагалось даже искать искусст-
    Но есть и более неожиданный вариант. Большин-       венные месторождения на полях сражений и местах ар-
ство ВВ содержат избыток углерода. При взрыве часть     тиллерийских боев. (Впрочем, эта идея не выглядит ре-
его выделяется, как считалось, в виде сажи (графита и   альной, так как на воздухе алмаз сгорает; синтез
аморфного углерода). Но в детонационной волне           возможен в инертной среде.)
должна быть стабильной алмазная фаза (рис. 4). Исхо-
дя из этих соображений, сотрудники ВНИИ техничес-          КИНЕТИЧЕСКИЕ ВЗРЫВЫ
кой физики (Челябинск) еще в 1960-х годах получили      В 1993 году супруги К. и Ю. Шумейкер и Д. Леви от-
взрывные алмазы [2]. Дым и копоть, обычные спутни-      крыли комету SL9, захваченную Юпитером несколько
ки взрыва, состоят из мельчайших зерен самого драго-    десятилетий назад. Комета разрушилась при одном из
ценного камня!                                          пролетов вблизи планеты. С 16 по 22 июля 1994 года на
    Судьба этого открытия оказалась драматичной.        Юпитер упало 25 крупных обломков размерами в не-
Размер алмазов составлял всего несколько нанометров     сколько километров со скоростью около 60 км/с. За па-
(в отличие от других способов здесь происходит не пе-   дениями следили все земные обсерватории, а также ор-
рестройка уже имеющихся частиц другой фазы, а пря-      битальный телескоп им. Э. Хаббла и космический
мая конденсация из газа продуктов взрыва). Абразив-     аппарат “GALILEO” [5].
ный эффект таких частиц сочли недостаточным. Из-за          Места падения находились на невидимой с Земли
секретности, окружавшей работы, этот замечательный      части Юпитера. Однако через 10–20 мин после ударов
результат прошел незамеченным.                          вращение планеты выносило эти точки в пределы ви-
    Вторично конденсация алмаза из собственного уг-     димости. Заметим, что собственно удара в нашем зем-
лерода ВВ была обнаружена в 1980-х годах [3]. Иници-    ном понимании не происходило. Юпитер не имеет



                                              ЕРШОВ А.П. ВЗРЫВ                                                  89


                                                               ФИЗИКА
     поверхности, в его атмосфере нет границы раздела                          ная величина будет оценкой опасной зоны. Масса воз-
     между твердой и жидкой фазой; приводимый в спра-                          духа в таком объеме на много порядков больше массы
     вочниках радиус планеты условен (он соответствует                         бомбы, так что на этой стадии важна только полная вы-
     давлению 1 атм). Поэтому каждое событие было растя-                       делившаяся энергия, а не время взрыва и другие детали
     нуто во времени: осколки тормозились, проходя сотни                       процесса.
     километров, в конце концов испарялись, порождая
     ударные волны. Размер области влияния взрывов до-                              ЗАКЛЮЧЕНИЕ
     стигал тысяч километров; следы ударов были заметны                        Взрыв открывает уникальные возможности достиже-
     в течение недель. Типичный осколок массой около                           ния экстремально высоких температур, давлений,
     10 000 т выделял ∼1022 Дж, или несколько миллионов                        плотностей. Автор надеется, что изложенные примеры
     мегатонн.                                                                 заинтересуют читателя и послужат поводом для более
          Возраст известного кратера в Аризоне – тысячи                        глубокого знакомства с этой увлекательной областью
     или десятки тысяч лет, то есть он возник уже в присут-                    физики.
     ствии на Земле современного человека. Диаметр крате-                          Сейчас одно из важных направлений – гетероген-
     ра 1200 м, глубина 175 м. Минимальная работа для под-                     ная детонация, пример которой – взрыв угольной пы-
     нятия грунта из такой ямы на уровень почвы порядка                        ли в шахте. Современные взрывные технологии нача-
     3 ⋅ 1014 Дж. Поскольку только часть энергии взрыва по-                    лись также с гетерогенной системы – динамита,
     шла на выброс, вероятная энергия была 3 ⋅ 1015 Дж, или                    изобретению которого предшествовало трагическое
     около 1 Мт тротила. Масса метеорита (при второй кос-                      событие. 3 сентября 1864 года в мастерской в Стокголь-
     мической скорости) порядка 50 тыс. т, размер около 20 м.                  ме произошел взрыв, при котором погибли младший
     Такой метеорит способен уничтожить крупный город.                         брат А. Нобеля и четверо ассистентов. Нобель не пал
          Энерговыделение Тунгусского метеорита оценива-                       духом и продолжил свои работы на барже, стоящей на
     ется в 10 Мт. Возможны падения и километровых объ-                        якоре недалеко от шведской столицы.
     ектов с энергией в миллионы раз больше. Сейчас про-                           Уже почти сто лет (с 1901 года) Нобелевские пре-
     рабатываются возможности защиты Земли от                                  мии отмечают лучшие научные достижения. Не будем
     астероидной опасности.                                                    забывать, что институт этих премий основал самый
                                                                               знаменитый взрывник.
         ЯДЕРНЫЕ ВЗРЫВЫ
     Ядро урана находится на грани устойчивости из-за от-                           ЛИТЕРАТУРА
     талкивания протонов. По этой причине уран – послед-                       1. Мержиевский Л.А., Титов В.М., Фадеенко Ю.И., Швецов Г.А.
     ний естественный элемент в Периодической системе.                         Высокоскоростное метание твердых тел // Физика горения и
                                                                               взрыва. 1987. Т. 23, № 5. С. 77–91.
     При распаде на примерно одинаковые осколки выде-
                                                                               2. Волков К.В., Даниленко В.В., Елин В.И. Синтез алмаза из
     ляется энергия их кулоновского взаимодействия, по-                        углерода продуктов детонации ВВ // Там же. 1990. Т. 26, № 3.
     рядка (Ze /2)2 /(4πε0R ) (Z = 92 – число протонов в ядре,                 С. 123–125.
     R – его радиус). Эта величина превышает химическую                        3. Лямкин А.И., Петров Е.А., Ершов А.П., Сакович Г.В., Ста-
     энергию в Z 2a /(4R ) раз. Радиус R на четыре порядка                     вер А.М., Титов В.М. Получение алмазов из взрывчатых ве-
                                                                               ществ // ДАН СССР. 1988. Т. 302, № 3. С. 611–613.
     меньше атомного размера a, так что получается коэф-
                                                                               4. Greiner N.Roy, Phillips D.S., Johnson J.D., Volk F. Diamonds in
     фициент около 2 ⋅ 107, то есть энергия распада пример-                    Detonation Soot // Nature. 1988. Vol. 333. P. 440–442.
     но 200 МэВ. Отметим, что атомная энергия, как и хи-                       5. Фортов В.Е., Гнедин Ю.Н., Иванов С.В., Ивлев А.В., Клу-
     мическая, в основном электрической природы.                               мов Б.А. Столкновение кометы Шумейкеров–Леви-9 с Юпи-
         Атом урана на порядок тяжелее молекул продуктов                       тером: Что мы увидели // Успехи физ. наук. 1996. Т. 166, № 4.
                                                                               С. 391–422.
     горения нормальных ВВ, и на единицу массы при рас-
     паде ядра выделяется примерно в миллион раз больше
                                                                                                 Рецензент статьи А.С. Сигов
     энергии. Хотя взрывается не весь заряд, но даже при
     10%-ной эффективности ядерное ВВ на пять порядков
     превосходит обычное.                                                                                          ***
         Для взрыва в 1 Мт оценим размер зоны, в которой
                                                                               Александр Петрович Ершов, кандидат физико-матема-
     создается избыточное давление ∆P = 1 атм. Приравни-                       тических наук, доцент кафедры физики СУНЦ Новоси-
     вая тепловую энергию (≈∆PV ) энергии взрыва, полу-                        бирского государственного университета, ведущий на-
     чим V ≈ 40 км3, то есть размер порядка нескольких ки-                     учный сотрудник Института гидродинамики СО РАН.
     лометров. При скачке давления 1 атм в ударной волне                       Область научных интересов – физика взрыва. Автор бо-
     разрушается большинство зданий, поэтому получен-                          лее 50 научных работ и трех учебников по физике.



90                               С О Р О С О В С К И Й О Б РА З О В АТ Е Л Ь Н Ы Й Ж У Р Н А Л , ТО М 6 , № 1 , 2 0 0 0



    
Яндекс цитирования Яндекс.Метрика